PRÉPARATION ET PROPRIÉTÉS DE L'ÉMANATION PURE

Les premières recherches relatives à l'isolement de l’émanation, ont été faites par MM. Ramsay et Soddy (1 peu de temps après leurs expériences sur la production de Phélium. L’émanation était produite par une solution contenant 608 de bromure de radium et les gaz dégagés étaient d’abord traités comme pour la recherche de l’hélum. Le résidu gazeux était refoulé à l’aide du mercure dans un tube terminé par une partie capillaire, qui pouvait être refroidi extérieurement par de l’air hquide. L’émanation se condensait sur la paroi et l’on élimimait les gaz non condensés en faisant le vide sur l’émanation refroidie ; une parte de celle-c1 était d’ailleurs entraînée en même temps par cette opération. Le gaz restant fut ensuite refoulé jusque dans la partie capillaire portant deux électrodes et ses propriétés furent examinées.

Le gaz obtenu ne paraît pas avoir été constitué principalement par l’émanation, car son spectre ne correspondait pas à celui qui fut obtenu plus tard; cependant l’émanation était déjà très concentrée et des observations intéressantes furent faites. La variation de la pression du gaz se fit bien en raison inverse du volume, mais le volume varia, sous pression constante, dans de très grandes limites en fonction du temps, et ces variations furent irrégulières; dans certains cas, on observa une diminution de volume, dans d’autres cas, une augmentation. La destruction d’un atome d’émanation étant accompagnée de la formation de 4 particules &, on aurait dû obtenir théoriquement un volume d’hélium quatre fois

{1} Ramsay et loppy, Proc. Roy. Soc., 19%.

102 A. DEBIERNE.

plus grand après la destruction complète de l’'émanation. Cependant, les particules & pénétrant assez profondément dans la paroi, une diminution du volume peut très bien être obtenue dans la destruction de l’émanation. Cette diminution devrait se faire lentement suivant la loi de la disparition de l’émanation; c’est ce qui n’est pas observé, et le phénomène paraît plus compliqué. Un autre résultat très important fut obtenu; on observa en effet l'apparition progressive du spectre de lhélium dans la lumière de décharge, ce qui démontre que la transformation de l’émanation donne lieu aussi à la formation de ce gaz.

D’autres expériences de même nature et faites dans des conditions presque identiques par MM. Ramsay et différents collaborateurs, ont donné de nouveaux résultats. Des raies nouvelles furent signalées, et quelquesunes d’entre elles appartenaient bien à l’émanation (1). Des déterminations du volume de l’émanation en équilibre avec une quantité déterminée de radium furent faites dans des conditions qui paraissaient meilleures aux expérimentateurs (2), le volume initial obtenu étant considéré comme représentant le volume de l’émanation pure. Les mêmes variations irrégulières de volume ont été observées. La valeur adoptée, à la suite de ces expériences, par MM. Ramsay et Cameron, pour le volume occupé par l’émanation en équilibre avec 16 de radium, dans les conditons normales, est environ 7%",

TLest très important de connaître ce volume avec exacütude aussi grande que possible, car sa valeur est en relation directe avec la vitesse de destruction du radium. En effet, lorsque l'équilibre radioactif est atteint, la formation de Pémanation par le radium est compensée RE RE RU D ve oc

(") Ramsay et Courte, Proc." Roy. Soc., 1% 4. (?)] Ramsay e° CamEroN, Chem. Soc , 1907.

exactement par sa destruction spontanée; on a donc

dq

me =O0—=4— À»;

a représente, à la fois, la vitesse de formation de l’éma nation et la vitesse de destruction du radium, celui-ci étant supposé à l’état gazeux. Si l’on détermine expérimentalement q, on peut facilement en déduire à, car À est connue avec beaucoup de précision. Du volume a on peut déduire la masse de radium transformée pendant le même temps, et par conséquent sa vie moyenne.

La détermination exacte du volume de l’émanation offre donc un grand intérêt. Aussi, peu de temps après les expériences de MM. Ramsay et Cameron, M. Rutherford entreprit une nouvelle détermination de cette quantité.

M. Rutherford avait à sa disposition une quantité très notablement plus grande de radium (0%,25), sa technique était peu différente en principe de celle de M. Ramsay, mais 1l apporta divers perfectionnements, et ses expériences furent ainsi effectuées dans des conditions meilleures. La principale modification consista à produire la condensation de lémanation à une température notablement supérieure au point d’ébullition de l’air hquide, et seulement un peu inférieure à sa température de condensation. Dans ces conditions, les gaz carbonés qui se condensent à la température de l’air liquide avec l’émanation peuvent être éliminés.

Les mêmes variations irrégulières du volume de l’émanation obtenue furent constatées, mais Rutherford adopta comme volume de l’émanation, celui qui était mesuré après la première contraction dont l'importance était d’ailleurs très variable, généralement de l’ordre de moitié. Le spectre de l’émanation fut examiné dans des expériences faites en collaboration avec M. Royds (!) et ce dernier fit plus tard

(:) Rurerrorp e: Rovyps, Phil. Mag., 1903.

104 A. DEBIERNE.

une étude tout à fait complète à l’aide d’un réseau (1).

Un spectre nouveau composé d’une centaine de raies, fut obtenu. Certaines de ces raies coïncidaient approximativement avec quelques raies indiquées par MM. Ramsay et Collié. La pureté de l’émanation était montrée par l’absence de raies appartenant à des éléments connus. La formation de l’hélium fut également constatée.

Pour déterminer quelle était la quantité de radium en équilibre avec l’'émanation dont on mesurait le volume, un procédé beaucoup plus sûr fut employé. Au lieu de se baser sur la quantité de radium contenu dans la solution et sur la durée d’aceumulation de l’émanation, M. Rutherford compara le rayonnement y émis par lémanation concentrée en équilibre avec le dépôt actif, avec celui émis par une ampoule scellée contenant une quantité connue de radium au maximum d'activité, c’est-à-dire avec l’émanation en équilibre avec hu. Le rayonnement y est émis dans les deux cas par le radium C, et ne dépend, en première approximation, que de la quantité d’émanation présente ; 1l est donc facile de déduire du rapport des intensités des rayons y, la quantité de radium avec laquelle l’émanation serait en équilibre. Cette méthode évite toutes les erreurs dues aux pertes d’émanation qui ont pu se produire pendant la préparation. Rutherford a ainsi trouvé, pour le volume de l’émanation, mesuré dans les conditions normales, et en équilibre avec 15 de radium, dans trois expériences consécutives, les nombres suivants : 0"%°,56, 0"".66 et 0" 58 dont la moyenne est 0" 07.

Ce nombre est, comme on voit, très différent de celui qui avait été publié par MM. Ramsay et Cameron; il est environ dix fois plus petit, et l'examen spectral montrait qu'il devait être certainement beaucoup plus exact.

(} Rovps, Phil Mag., 1909.

Etant donnée l’importance de ce nombre, il était intéressant de pouvoir se rendre compte, par des expériences faites dans d’autres conditions, du degré d’exactitude sur lequel on pouvait compter dans ces déterminations si délicates et si facilement entachées d’erreur.

Au cours de mes expériences faites en 1904-1905 sur la production de lPhélium par le radium, j'avais fait quelques essais de préparation d’émanation concentrée et j'avais constaté la difficulté d'obtenir un volume bien défini. N'ayant pas réalisé des conditions expérimentales paraissant supérieures à celles des expériences de M. Ramsay, je n'avais fait aucune publication à ce sujet.

Plus tard, quelque temps avant la publication des expériences de M. Rutherford, Mme Curie ayant très hbéralement mis à ma disposition une solution contenant environ 2% de chlorure de radium, j'entrepris de nouvelles recherches à ce sujet. Dans ces recherches qui ne furent terminées qu'après les publications de Putherford, je m'’efforçai, comme mes prédécesseurs, de préparer l’émanation aussi pure que possible et aussi d'opérer dans des conditions assez variées, de manière à pouvoir bien mettre en évidence l'identité du gaz dont on mesurait le volume, avec l’émanation caractérisée par ses propriétés radioactives.

La méthode de purification que J'ai employée fut inspirée de celle qui m'avait servi dans mes recherches sur la production de lhélium. Elle permet, je crois, d'aboutir d’une manière plus sûre au résultat cherché, tout en n’offrant pas de difficulté spéciale.

Les gaz dégagés par la solution de radium étaient accumulés dans un appareil identique à celui qui a été décrit au début de ce Mémoire. Cet appareil pouvait être mis en communication avec une trompe à mercure et avec un appareil d’absorption analogue à celui qui m’a servi pour les expériences sur l’hélilum. Plusieurs

106 A. DEBIERNE.

dispositifs ont été essayés pour isoler et recueillir l’'émanation ; l’un d’eux est représenté dans la figure 12. A la suite du tube à absorption permettant de se débarrasser de tous les gaz susceptibles d'entrer en

kon 20

Jrompe & mercure

combinaisons (hydrogène, oxygène, gaz carbonique), on a soudé un tube, portant plusieurs tubulures latérales capillaires, terminé par un tube en U communiquant avec une autre partie de l’appareil. On voit par la figure, que l’on peut à volonté interrompre cette communication par un déplacement de mercure ou établir une communication avec une pompe à vide. j

On peut mener l’opération de plusieurs manières différentes, mais le résultat est sensiblement le même lorsque l'opération a lieu sans accident. Après avoir éliminé complètement l'air de tout l'appareil, on fait monter le

mercure dans le tube en U et l’on introduit les gaz

produits par la solution, par fractions successives, sui-

JDE:

vant le procédé déjà indiqué, en absorbant presque entièrement les gaz après chaque introduction. Lorsque la totalité des gaz a été introduite dans l'appareil à absorption, on isole complètement celui-ci de l'appareil à solution par une manœuvre convenable du mercure (soir l'appareil pour la production de l’hélium), et les gaz contenant l’émanation n’ont plus alors aucun contact avec un robinet graissé. Si les tubes ayant servi à la construction de lappareil ont été soigneusement nettoyés à l'acide mitrique chaud ou au mélange chromique, on peut ainsi éviter, à partir de ce moment, toute action de l’émanation sur une substance organique ; c’est là une circonstance très favorable à une bonne purification de ce gaz; en effet, tant que l’émanation reste en contact avec une substance organique, elle décompose cette substance par l’action des rayons qu’elle émet et des gaz carbonés sont continuellement dégagés. Les gaz sont soumis à l’action de l’oxyde de cuivre chaud et des différentes substances absorbantes pendant longtemps ; tous les gaz carbonés sont transformés en acide carbonique et celui-ci est absorbé par la potasse. Pour obtenir une élimination aussi complète que possible, 1l faut laisser en contact pendant 12 heures. Ensuite, on refoule, à l’aide du mercure, le gaz au delà des substances absorbantes. Ce gaz est constitué presque uniquement par de l’hélium et de l’émanation ; cependant il contient aussi un peu d'hydrogène et de gaz carbonique qui ont échappé à l’absorption.

On effectue ensuite la condensation de lémanation à basse température. Avec le dispositif employé, on peut réaliser une véritable condensation fractionnée; chaque tube capillaire, soudé latéralement, étant destiné à recueillir une partie des gaz condensés. Il est alors nécessaire, après avoir refroidi un tube à la température de l’air liquide, de pouvoir laisser monter lentement et

108 A. DEBIERNE.

progressivement la température. Pour obtenir ce résultat, on peut utiliser un bain de pentane refroidi extérieurement par de lair liquide ; il suffit d’enlever lai liquide en laissant le vase Dewar qui le contenait pour que la température monte assez lentement. Un autre dispositif qui réussit également bien et que j'ai très souvent employé, consiste à plonger le tube capillaire dans de la limaille de cuivre contenue dans un vase Dewar; on dispose également dans cette limaille un thermomètre à pentane pour les basses températures et un tube formant siphon, fixé d’autre part dans un bouchon placé sur un second vase Dewar. On remplit d’abord le vase d’air liquide, soit en le versant directement, soit en utilisant le siphon ; lorsqu'on veut laisser monter la température, on élimine complètement l'air liquide en produisant une aspiration par le siphon, et on laisse l’appareil se réchauffer peu à peu. La vitesse d’échauffement dépend beaucoup de la masse de limaille de cuivre elle peut être extrêmement lente; si l’on désire qu'elle soit plus rapide, on peut employer une petite quantité de limaille et un vase non argenté.

Pour effectuer la condensation fractionnée, on commence par refroidir le premier tube latéral, celui qui est au niveau le moins élevé, en commençant par le bas du tube; il suffit pour cela d'introduire peu à peu Pair liquide, à l’aide du siphon. La plus grande partie de l’émanation et des gaz condensables se condensent alors vers la partie inférieure du tube capillaire, on fait ensuite monter peu à peu le niveau de l'air liquide. On évite ainsi de condenser les gaz à la partie supérieure du tube, à la limite de séparation de l'air liquide, et lorsque le niveau de celui-ci varie, les gaz condensés restent alors à la même place. Lorsque la condensation est complète, on enlève l'air liquide et on laisse monter la température. Dans ce premier tube,

on doit recueillir la partie la moins volatile, celle qui se condense entre la température ordinaire et la température de —1459 ; on laisse donc monter la température jusqu’à —1459, à ce moment, on isole les gaz contenus dans le tube capillaire en faisant monter le niveau du mercure dans le tube principal au-dessus de la soudure du tube refroidi. Lorsque l’opération a été bien conduite, la quantité de gaz condensé est très petite ; ce gaz contient un peu de vapeur d’eau et de gaz carbonés, et aussi un peu d’émanation; on peut laisser la température monter jusqu’à la température ordinaire sans que la pression deviennent notable. Dans cette opération, le gaz non condensable qui remplit le tube capillaire se trouve mélangé avec le gaz qui a été condensé, mais la fraction du gaz non condensable ainsi retenue est tout à fait néghgeable.

Dans le second tube, on condense la majeure partie de l’'émanation en conduisant l'opération de la même manière. Le tube est d’abord refroidi dans l'air liquide, puis on laisse la température s’élever peu à peu, jusqu’à — 1650, Pour que la fraction du gaz non condensable restant dans le tube capillaire soit encore plus petite, avant de laisser la température s'élever, on abaisse le niveau du mercure au-dessous de la partie inférieure du tube en U et l’on établit ainsi la communication avec la deuxième partie de l’appareil qui a été complètement vidée et qui conprend un tube de volume relativement grand; la pression des gaz non condensables devient alors extrêmement petite lorsque l'opération a été bien conduite, Si lon s’aperçoit que cette pression est assez grande par l'aspect de la décharge dans le petit tube Plucker placé à l’extrémité de l’appareil, on peut découvrir le tube de communication avec la trompe à mercure et faire le vide sur lémanation condensée. Cette opération entraîne une perte assez grande d’émanation, et aussi la perte des gaz

I10 A. DEBIERNE.

non condensés qu’il peut être intéressant d'étudier. Pour diminuer la perte d’émanation, on peut établir la communication avee la trompe à mercure pendant un temps très court, puis l’interrompre, expulser les gaz qui sont dans la trompe, établir de nouveau la communication et répéter cette opération deux ou trois fois. On peut d’ailleurs très bien se dispenser de faire le vide sur l’émanation lorsque l’expérience a été conduite convenablement. Lorsque la température de —1659 est atteinte, on fait monter le mercure au-dessus du tube refroidi, ce qui isole l’émanation condensée. Ce procédé, dans lequel on isole l’émanation dans un tube capillaire dont le volume constitue une fraction extrêmement petite du volume total offert aux gaz non condensés, est de beaucoup préférable pour obtenir l’'émanation pure à celui qui consiste à comprimer l’émanation purifiée avec tous les gaz qui peuvent être encore contenus dans lappareil comme on le faisait généralement dans les autres méthodes.

Après avoir isolé la partie condensable entre-—145° et —165°, on peut répéter les mêmes opérations dans le troisième tube, de manière à obtenir la partie condensable entre — 1650, et la température d’ébullition de l’air liquide. Le gaz restant contient l’héllum, un peu d'hydrogène, et aussi une petite quantité d’émanation. Il peut être refoulé à l’aide du mercure dans le second petit tube absorbant où une purification peut encore être effectuée. Dans la même expérience, on peut ainsi recueillir et doser l’hélium produit par le radium.

L’émanation et les gaz condensés contenus dans les tubes capillaires sont refoulés par le mercure ; lorsque celui-ci dépasse le coude supérieur et descend dans le tube capillaire, il chasse le gaz devant lui sans que l’on ait à craindre que celui-ci puisse remonter à la pare supérieure du tube. Chaque tube porte un petit étranglement, de telle sorte que l’on peut détacher la

SUR LES PHÉNOMÈNES DE RADIOACTIVITÉ. TATRL

portion du tube contenant la bulle de gaz en chauffant à la lampe la partie étranglée remplie de mercure. Le mercure ne gêne aucunement pour fondre le verre et détacher le tube. Le gaz occupe une certaine longueur dans le tube capillaire calibré entre deux colonnes de mercure; on peut, en coupant les extrémités, étabhr la pression atmosphérique et déterminer à la machine à diviser la longueur occupée par la bulle de gaz.

Lorsqu'on veut observer le spectre des gaz condensés, on remplace le tube capillaire droit par un tube recourbé portant des électrodes de platine. On peut aussi déterminer le volume d’une certaine quantité du gaz, et utiliser une autre portion pour le spectre ; il suffit pour cela de disposer le tube capillaire suivant la forme représentée dans la figure 12. La condensation du gaz s'effectue dans la partie inférieure, et le gaz est ensuite partagé en deux parties au moment du refoulement par le mercure; le dispositif est analogue à celui que j'ai déjà décrit à propos des expériences sur l’hélium.

Si l’on effectue ainsi une condensation fractionnée, on trouve généralement, à moins que l’expérience n’ait pas été absolument réussie, que les quantités de gaz condensé dans le premier tube et dans le troisième sont très petites, et quelquefois il est très difficile d’apercevoir une petite bulle lorsque la pression atmosphérique a été étabhe; la plus grande partie du gaz condensable se trouve dans la fraction condensée de — 1459 à — 1659. En même temps, on peut constater que Pactivité de cette fraction, mesurée par les rayons pénétrants, est de beaucoup la plus grande, et que le rapport de l’activité au volume est également le plus grand, ce qui indique que lémanation y est à l’état le plus concentré.

Pour les mesures de volume, commencées immédiatement après avoir détaché les tubes de l'appareil, on

tr2 A. DEBIERNE.

établissait la pression atmosphérique ou bien on opérait à pression plus faible en utilisant le dispositif déjà décrit. Le plus souvent, j'ai mesuré le volume à la pression atmosphérique, car les mesures s'effectuent plus rapidement; il suffit d’observer la longueur de la colonne à la machine à diviser. Avant chaque mesure on donne de petits chocs sur le tube pour établir l'équilibre de pression.

La contraction qui se produit pendant les premières heures n’a pas toujours la même valeur, elle atteint quelquefois le quart du volume initial, d’autres fois elle est très faible et même sensiblement nulle. En examinant les rapports entre le volume et l’activité dans différentes expériences, on constate que ceux qui sont calculés en utilisant les volumes initiaux ne sont pas réguliers et qu'au contraire, en utihsant le volume obtenu après contraction, ils deviennent très concordants. C’est donc le volume, après contraction initiale, qui paraît être le mieux défini et, à l'exemple de M. Rutherford, c’est lui que j'ai considéré comme représentant le volume de l’émanation. Après la contraction initiale qui se fait pendant les premières heures, le volume reste constant pendant un temps assez long, puis il dimimue quelquefois, mais, le plus souvent il augmente.

Peu après la publication de ces expériences, M. Ramsay a proposé une explication de cette contraction initiale, qui paraît très vraisemblable, et qui légitime complètement l'assimilation du volume après contraction au volume de l’émanation. M. Ramsay suppose, que, sous l'influence des rayons émis par l’émanation et l’activité réduite, les gaz étrangers pénètrent à l’intérieur du verre et sont ainsi éliminés, tandis que l’émanation ne pénétre pas sensiblement dans le verre, au moins pendant les premières heures. La contraction correspond done à une autopuñification de l’émanation accomplie sous l’influence

des rayons. Si cette manière de voir est exacte, ce phénomène est une circonstance très heureuse complétant la purification, qui souvent est moins parfaite qu’on ne l’imaginait (1).

Il est facile d'imaginer le mécanisme du phénomène. Les molécules gazeuses sont soumises à un bombardement continuel par les particules & émises, tant par l’émanation que par le dépôt actif qui laccompagne; nous savons déjà que ces particules ionisent les molécules de gaz qu’elle rencontrent, mais, suivant l’hypothése que j'ai déjà faite précédemment. il est probable que l'énergie cinétique des particules n’est pas uniquement absorbée par le phénomène d’ionisation et que certaines molécules acquièrent une grande vitesse. Ces molécules peuvent ainsi pénétrer dans la paroi et être absorbées. Les atomes d’émanation ont une masse très grande et probablement aussi un volume grand ; il en résulte qu’ils ne peuvent acquérir une grande vitesse et qu'ils doivent ainsi éprouver plus de difficultés pour pénétrer à l’intérieur de la matière. Le fait que la concentration s'effectue plus facilement si le gaz occupe peu de volume. s'explique également, car dans ce cas, la proportion des molécules gazeuses rencontrées est beaucoup plus grande.

J’ai essayé de voir expérimentalement si le gaz qui disparaît et doit être retenu par la paroi, contient beaucoup d’émanation. Pour cela, j'ai déplacé, le long du tube capillaire, la petite bulle de gaz, et j'ai cherché s’il restait de l’émanation à la place qu’elle occupait primitivement. J’ai trouvé ainsi que l’activité qui persiste après quelques

() I n’est pas impossible que les gaz étrangers qui accompagnent si facilement l’émanation, soicnt produits sous l'influence de celle-ci par la décomposition d’une trace d'humidité ou de substance organique restée à la surface du tube ou même par une action sur le verre lui-mème,

heures est négligeable et que l’émanation n’est pas sensiblement retenue par la paroi.

On pourrait aussi imaginer que l’'émanation subit une contraction par suite d’une association des atomes primitifs en molécules ; mais, s’il en était ainsi, il y aurait eontradiction entre les résultats obtenus dans différentes directions. En effet, les nombres finalement obtenus pour le volume de l’'émanation concordent bien avec la théorie de la formation d’un atome d’émanation par atome de radium et conduisent, pour là vie moyenne du radium, à des valeurs très voisines de celles qui ont été déduites par d’autres voies. D’autre part, le poids moléculaire de l'émanation déterminé par moi dans des expériences où l’émanation n'avait pas été comprimé et n'avait pas, vraisemblablement, subi de contraction, concorde bien avec les mêmes hypothèses. L'hypothèse de M. Ramsay paraît done la plus vraisemblable et tout concorde à nous faire penser que le volume de l’émanation doit être mesuré après la contraction initiale. Cependant ce phénomène est assez curieux, et 1l serait intéressant de l’étudier plus complètement; mais il faudra pour cela utiliser de grandes quantités d’émanations.

Dans mes dernières expériences, la contraction initiale n’était pas très grande, ce qui, d’après l'hypothèse précédente, était l’indice d’une purification assez complète de l’émanation, mais, dans certaines expériences faites en 1905, la contraction a pu atteindre 90 pour 100 du volume initial pendant les deux premiers jours.

Voici un exemple de la variation du volume en fonction du temps dans une expérience récente.

Longueur Longueur

de la ; de la

Temps bulle Temps bulle.

m mm h mm Or ie DES LÉ E Ce 0e 2,45 DE et due 2,61 D enisiet 242 PART USER 2.00 DAT ep Er 2,30 RSS . 2,02 DR are DAY Ddenst es 10 TE RIIRUETUEE 2590 SHARE EL DUT Chenifodtron une 2,34 M0 Pr De 2,47 ÉD ER 2,36

Il était extrêmement important, dans ces cxpériences, d'établir, d’une manière aussi directe qne possible, l'identité de l’émanation avec le gaz dont on mesurait le volume. Il est vrai que la méthode d’isolement du gaz avait été établie en prenant comme guide les propriétés radioactives de l’émanation; cependant il n’était pas absurde de supposer, qu’à côté de l’hélium, ilse produit un gaz facilement condensable, qui est séparé par les différentes opérations faites dans le but d'isoler l’émanation.

La disparition progressive du spectre du gaz aurait été un très bon indice de lidentité du gaz recueilli avec l’émanation, et en fait, on a pu observer cette disparition; cependant, comme on le verra plus loin, ce phénomène est très complexe, et le spectre peut disparaître beaucoup plus rapidement que l’émanation elle-même. D'autre part on a déjà vu que pour la variation du volume, aucune loi régulière n’avait pu être observée, à cause de la complication des phénomènes susceptibles de se produire.

J'ai obtenu, dans mes expériences, la preuve de l'identité du gaz recueilli avec lémanation, en établissant que ce gaz est formé par le radium et s’accumule dans les gaz dégagés de la solution, suivant les mêmes lois que celles qui avaent été établies pour l’émanation à laide de mesures de radioactivité.

Pour cela j'ai fait varier les conditions d’aceumulation, et

116 A. DEBIERNE.

j'ai déterminé dans chaque cas le rapport entre le volume du gaz recueilli et son rayonnement. Pour que les expériences soient démonstratives, il faut que les conditions d’accumulation soient très différentes les unes des autres, car, étant donnée la faible précision dans la mesure du volume, on ne peut mettre en évidence que des différences très grandes dans les quantités accumulées ; aussi ai-je fait varier la durée d’accumulation d’une manière systématique entre des limites très écartées, depuis deux jours jusqu’à 30 jours.

Si le gaz, dont on mesure le volume, était produit avec un débit sensiblement constant et ne subissait pas de destruction spontanée, ou même si sa loi de destruction était différente de celle de l’émanation, on devait constater une variation systématique très grande dans le rapport entre le volume et l'intensité du rayonnement. Aucune variation de ce genre n’a éte observée. Il est donc tout à fait légitime d'admettre que le gaz mesuré est ’émanation du radium et qu'il subit une destruction spontanée suivant la même loi que celle de la décroissance de son activité.

La détermination de la quantité de radium capable d’accumuler, en équilibre radioactif, une quantité d’émanation égale à celle dont on avait mesuré le volume, a été faite en comparant l’intensité du rayonnement y émis par l’émanation avec celle du même rayonnement émis par une ampoule scellée contenant une quantité de radium connue. Le condensateur de mesure était constitué par une boîte métallique très large (5o°" de diamètre), dont l’un des fonds était constitué par une lame épaisse de plomb, et dans laquelle était fixé un plateau isolé relié à un électromètre et protégé par un anneau de garde.

La source des rayons + (ampoule de radium ou tube à émanation) était placée au centre de la lame de plomb, de telle sorte que le flux des rayons utilisés était très bien

défini et dépendait très peu de la forme de la source active. L’intensité du courant d’ionisation était mesurée par la méthode du quartz piézoélectrique. C’est à l’aide de cet appareil et de cette méthode qu'ont été faites les mesures de comparaison nécessaires pour l’établissement de l’étalon international de radium.

Voici les résultats obtenus pour quatre expériences faites avec des durées d’accumulation très différentes.

Volume en équilibre avec 18 Accumulation. de radium.

mm SOUL Serre once ere tn MN 0,60 COR do PO D DOCS 0,52 9 » D AS TT IA TS PO) OI De tn do ete 0,59

La moyenne est 0"% 58 (1); elle est un peu inférieure à celle de Rutherford 0"% 61, mais la différence n’est pas très grande et moindre que les écarts expérimentaux dans les deux séries d’expériences; l’accord est aussi bon qu’on pouvait l’espérer dans les expériences aussi délicates. D'ailleurs de nouvelles expériences de M. Ramsay et Gray, dans lesquelles le volume du gaz a été mesuré également après la contraction initiale, ont conduit à un résultat analogue (0"% 60).

L’ampoule de radium qui a servi dans ces expériences pour la comparaison avec des petites bulles d’émanation, est celle qui fut utilisée pendant très longtemps pour des comparaisons analogues au laboratoire de Mme Curie. On sait que, récemment, la Commission Internationale de l’Etalon du Radium a adopté comme base des comparaisons à effectuer dans les divers laboratoires, l’ampoule étalon préparée spécialement par Mme Curie et désignée sous le nom d’étalon international.

(*) Comptes rendus, 1909.

II8 A. DEBIERNE. -

La première ampoule ayant été comparée à l’étalon international, j'ai pu effectuer la correction correspondante dans mes déterminations.

Une autre correction doit être faite ; on a, en effet supposé, en comparant directement le rayonnement pénétrant émis par l’ampoule d’émanation à celui émis par l’ampoule de radium, que le radium C, qui est la source réelle des rayons ÿ qui sont mesurés, était dans les deux cas dans les mêmes conditions d'équilibre avec l’'émanation. Comme l’a fait remarquer plus tard M. Rutherford, cela n’est pas absolument exact. Dans le cas où l’'émanation est en présence de radium, après que l’équilibre radioactif s’est établi, sa concentration reste absolument constante, et la quantité présente de radium C est bien celle qui est en équilibre avec elle, c’est-à-dire que le nombre des atomes de radium C qui se transforment dans un temps donné est égal à celui des atomes d’émanation qui se détruisent pendant le même temps. Lorsque l’émanation est séparée du radium, sa concentration varie un peu pendant la période d’établissement de l'équilibre du radium C, qui dure quelques heures, et la quantité de radium C qui existe à chaque instant, ne correspond pas absolument à l’émanation présente au même moment, quoique la loi de décroissance des deux substances s'effectue finalement suivant la même loi.

Pour calculer la correction à effectuer sur la valeur du rayonnement émis par le radium C de l’ampoule d’émanaüuon, afin d'obtenir celle du rayonnement émis par le radium C qui serait réellement en équilibre radioactif avec cette émanation, on peut raisonner de la manière suivante.

Lorsque l’émanation est dans l’ampoule de radium, les variations, en fonction du temps, de l’émanation et du radium C, sont déterminées par les équations suivantes :

dE = a dt— ÀE dt, dA = XE dt — À, A dt,

dans lesquelles & est le débit d’émanation par le radium, E la quantité d’émanation, A celle du radium A, B celle du radium B, C celle du radium C et À, A1, X5,hs, leurs constantes radioactives. Au bout d’un temps suffisamment long, lorsque l’équilibre radioactif est établi, les quantités E, À, B, C restent constantes et lon a :

a=}E = A = ),B = AC;

le rapport entre le radium C et l’émanation est donné par la formule :

» Le

Gi) =

Lorsque l’émanation est séparée du radium, il ne peut s'établir un véritable équilibre radioactif; les équations élémentaires sont les suivantes :

d£ =—)Edt, dA=)XEdt—};Adt, dB=hAdt—}Bdt,

dG = }2Bdt — 3 Cdt ;

la valeur de C en fonction du temps est donnée par

l'équation C=)ûh:E si À A2 | sh) ChiÀ) et RG) sh) e- hit + Di) lee) e-ht | rites AE

Si test suffisamment long, À, À2 et À3, ayant des valeurs beaucoup plus grandes que À, les termes en et, ef, e-ht deviennent tout à fait négligeables et l’on a 0 ce NME GENS 7

120 A. DEBIERNE.

d’autre part

E = Eve d’où C Aide (2) Edo le 0

La valeur obtenue à partir de (2) est peu différente de celle obtenue à partir de (1); cependant l’écart est de 0,89 pour 100 et la correction doit être effectuée lorsqu'on veut obtenir des nombres précis.

Lorsqu’on effectue les deux corrections précédentes dans le calcul du volume de l’émanation, on obtient, d’après mes expériences, 0"% 605 pour l’émanation en équilibre avec 15 de radium. Des corrections analogues devraient naturellement être apportées aux nombres de MM. Rutherford et Ramsay (1).

Spectre. — J’ai déjà indiqué précédemment comment lémanation pouvait être introduite dans de petits tubes de Plucker pour l’examen du spectre. Ces tubes étaient analogues à ceux employés pour lhéllum; leur volume était d'environ 2% à 4%, leur longueur de 3‘* à 4%. La lumière de décharge dans l’émanation est très brillante et très blanche.

Le spectre fut photographié avec un spectographe à un prisme de verre donnant les raies ayant des longueurs d'onde comprises entre 5000 et3200. Pendant la décharge, lorsque lémanation est pure, la pression diminue très rapidement jusqu'à devenir très petite et la décharge passe de plus en plus difficilement; ce phénomène, déjà observé par Rutherford, gêne pour l’observation du

(1) Par une méthode indirecte, MM Danysz et Duane ont pu récemmen’ calculer le même nombre par la mesure dela charge positive émise par l’émanation ct ont trouvé &insi omm Go.

(Radium 1913).

spectre; cependant, si l’on chauffe le tube de Plucker, la pression augmente de nouveau, mais elle ne revient jamais à sa valeur primitive et il devient de plus en plus difficile d'obtenir une décharge brillante. Il est donc difficile d'observer la disparition progressive de l’émanation, mais on peut très bien constater l'apparition des raies de l’hélium. Ces raies sont totalement absentes si l’on observe le spectre très peu de temps après l'introduction de lémanation pure; le lendemain elles sont déjà très visibles et leur intensité va en croissant peu à peu.

La diminution de la pression, sous l'influence de la décharge, est beaucoup plus marquée que pour tous les autres gaz. J’ai pu facilement déterminer la place où s'effectue la condensation, en plaçant le petit tube de Plucker, dans lequel on avait fait passer la décharge, sur une plaque photographique, après avoir laissé écouler un temps suffisant pour que l'équilibre de l’activité induite soit de nouveau atteint. On constate que l'impression photographique est presque entièrement localisée en face de l’une des électrodes. On sait que lorsque la décharge est effectuée entre des fils de platine, il se produit une pulvérisation importante de ce métal ; on peut penser que l’émanation, qui est facilement condensée dans le charbon, subit une condensation analogue dans le dépôt métalhique qui se produit en face les électrodes.

Les raies spectrales que j’ai pu observer par la photographie sont toutes comprises dans la liste de celles qui ont été observées et déterminées auparavant par Rutherford ou Royds. L’appareil que J'ai utilisé est probablement moins précis que le spectographe à réseau utilisé par Royds, aussi Je ne crois pas utile de donner la liste complète de raies que J'ai observées.

J’indiquerai seulement les principales et je donnerai en même temps les longueurs d’onde correspondantes

de Rutherford et Royds.

122 A. DEBIERNE.

Rutherfords Observation visuelles. Photographie. et Royds. 7475 moyenne 7260 moyenne 7053 forte 5976 moyenne 5976 5943 moyenne 5945 5716 assez forte 5715,0 5582 forte 5582,2 5393 moyenne 5392,4 5086 forte : 508,5 4978 forte 4979,0 moyenne 4979 ,0 4817,0 moyenne 4817,2 4680,5 forte 4681,1 4644,1 forte 4644 ,7 4625,5 très forte 4625,9 4604,6 assez forte 4604 ,7 4371,9 forte 4372, 1 4350,4 moyenne 4350,3 4203,7 forte 4203,7 4188,3 assez forte 4188,3 4166,3 très forte 4166 ,6 4115,2 moyenne 4114,9 4045,6 moyenne 4045,4 4018,2 assez forte 4o18,0 3982,2 forte 3982,0 3971,8 forte 3971,9 3957,3 assez forte 3957,5 3867,5 forte 3867 ,6 3753,8 moyenne 3753,6 3664,9 moyenne 3664,6 3626,9 assez forte 3626 ,6

J’ai constaté aussi que les intensités relatives des raies ne sont pas les mêmes dans toutes les expériences, et qu’elles ne sont pas non plus celles qui sont indiquées par Royds. On a ainsi l'impression qu’il existe, éomme pour l’argon, au moins deux spectres qui se manifestent avec plus ou moins d'intensité suivant les conditions de la décharge. J'ai observé le spectre visible à l’aide d’un spectrocope à deux prismes de verre dédoublant bien la raie D et j’attirerai l’attention sur le fait, qu’en plus des raies déjà indiquées par mes prédécesseurs, j'ai observé trois raies rouges très peu réfrangibles dont lune

d'elles, de longueur d’onde 7053 était très brillante au début, mais disparaissait rapidement lorsque la pression diminuait par suite du passage de la décharge.

Au cours de ces expériences sur l’émanation, j'ai observé un phénomène très curieux. J’ai déjà dit que lémanation pure était finalement obtenue sous forme d’une petite bulle gazeuse enfermée dans un tube capillaire entre deux colonnes de mercure. Ces bulles constituent une source intense de rayons de toute nature et le verre du tube est très fortement phosphorescent ; lorsque. le tube est fait avec un certain verre blanc ne contenant pas de plomb, on observe la production très fréquente d’étincelles; ces décharges électriques spontanées se produisent le plus souvent dans l'épaisseur du verre, mais elles provoquent aussi quelquefois des décharges dans le gaz lui-même qui s’illumine alors très nettement.

Il est facile d'expliquer l’origine de ces décharges. En effet, l’'émanation et le dépôt actif qui l’accompagne émettent des rayons électrisés, les uns positivement, les autres négativement; ces rayons sont absorbés par le tubs: et leurs charges électriques se trouvent ainsi fixées dans le verre; si celui-ci est suffisamment isolant, des différences de potentiel considérables peuvent s’étabbr entre des points peu éloignés et la décharge disruptive éclate. J’ai observé aussi qu'il se produit dans le verre un grand nombre de petites fentes qui sont probablement dues à la décharge. Celle-c1 peut se produire dans le gaz lorsque les charges électriques sont distribuées d’une mamère favorable.

J’ai fait également quelques observations sur la liquéfaction ct la solidification de lémanation, mais mes expériences très peu nombreuses n’ont rien ajouté à ce qui avait été observé par MM. Rutherford et Ramsay,

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et n’ont pas permis de décider entre les valeurs publiées pour les constantes relatives à ces phénomènes.

Les petites bulles d’émanation concentrées constituent des sources radioactives d’un emploi extrêmement commode. Elles m'ont permis d’effectuer différentes expériences qui donnent des renseignements intéressants, non seulement sur les propriétés particulières de l’émanation, mais aussi sur les caractères généraux des phénomènes de radioactivité. Dans ces expériences, les mesures d'activité ont été faites en utilisant le rayonnement pénétrant; aussi le tube de verre capillaire avait-il une épaisseur assez grande. Dans un grand nombre d’autres expériences dans lesquelles on devait utiliser les rayons «, et qui furent faites par différentes personnes au laboratoire de Mme Curie, le tube capillaire avait une épaisseur extrêmement petite, quelques millièmes de millimètres, et était obtenu par le procédé indiqué par M. Rutherford. Pour toutes ces expériences, la préparation de l’'émanation fut faite par la même méthode générale indiquée précédemment; cependant, comme 1l était souvent inutile d'opérer sur de l’émanation absolument pure, le mode opératoire était généralement simplifié.